Um estudo realizado por pesquisadores da Unicamp (Universidade Estadual de Campinas) e colaboradores, publicado na revista Cell Reports Physical Science, desenvolveu um modelo computacional avançado capaz de monitorar a vida útil de baterias de íon-lítio sem a necessidade de desmontá-las.
Os cientistas descobriram que as oscilações naturais de tensão funcionam como uma espécie de “raio-X” do sistema. Elas podem revelar características microscópicas dos materiais e a velocidade das reações químicas que acontecem dentro da bateria.
A descoberta abre caminho para o desenvolvimento de métodos rápidos e de baixo custo para avaliar o estado de baterias utilizadas no armazenamento de energia.
As baterias de íon-lítio estão presentes em uma grande variedade de equipamentos, como celulares, notebooks, câmeras e ferramentas portáteis, além de veículos elétricos.
Elas também são utilizadas em sistemas estacionários de armazenamento de energia, inclusive para guardar eletricidade produzida por fontes intermitentes, como solar e eólica. Esse armazenamento ajuda a equilibrar a oferta e a demanda nas redes elétricas.
O que acontece dentro do eletrodo
Os íons de lítio entram nas partículas por meio de um processo chamado intercalação, no qual ocupam espaços disponíveis na estrutura do material. É nesse processo que surge a informação que explica o comportamento oscilatório observado pelos pesquisadores.
A carga não se distribui de maneira uniforme por todas as partículas. Em vez disso, ela se concentra em um subconjunto delas, que passa quase simultaneamente de um estado pouco carregado para outro altamente carregado.
Para reproduzir esse mecanismo, os pesquisadores utilizaram uma técnica conhecida como modelagem por campo de fase (phase-field). Diferentemente dos modelos tradicionais, que simplificam a representação das partículas, o novo método resolve equações que descrevem como a concentração de lítio evolui dentro delas, utilizando modelos computacionais multidimensionais.
Segundo os autores, a abordagem supera limitações de modelos anteriores e consegue reproduzir os mecanismos físicos responsáveis pelas oscilações observadas nos experimentos.
O estudo ressalta que a possibilidade ainda precisa ser confirmada experimentalmente, mas representa uma perspectiva promissora. Caso a relação prevista pelo modelo seja comprovada, pequenas oscilações elétricas poderão ser medidas durante o funcionamento da bateria para estimar características internas do eletrodo e acompanhar sua degradação ao longo dos ciclos de carga e descarga.
A tecnologia poderá, no futuro, contribuir para métodos mais baratos de avaliação do estado de saúde das baterias, sem a necessidade de desmontá-las ou utilizar técnicas avançadas de caracterização.